Tradycyjnie drewno wykorzystywane jest do produkcji mebli, budownictwa i jako źródło ognia. Jednak obecnie naukowcy badają możliwość nadania drewnu przezroczystości jako przyjaznej dla środowiska alternatywy dla szkła.

Naukowcy chcą dostroić właściwości optyczne, termiczne, mechaniczne i jonowe drewna w zakresie transportu poprzez chemiczną i fizyczną modyfikację jego naturalnie porowatej struktury i składu chemicznego. „Takie modyfikacje można wykorzystać do produkcji trwałych, funkcjonalnych materiałów do różnych nowych zastosowań, takich jak samochody, budownictwo, magazynowanie energii i rekultywacja środowiska” – czytamy w artykule zatytułowanym „Engineered Wood” opublikowanym w czasopiśmie „Engineered Wood” Przeglądy roczne.

Przezroczyste drewno powstaje, gdy drewno z szybko rosnącego drzewa balsy o małej gęstości zostaje poddane działaniu kąpieli utleniającej o temperaturze pokojowej, która wybieli je prawie w całości. Następnie penetruje się go syntetycznym polimerem zwanym alkoholem poliwinylowym (PVA), tworząc produkt, który jest praktycznie przezroczysty – twierdzi Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych.

W 1992 roku niemiecki naukowiec Siegfried Fink opracował pierwsze przezroczyste drewno, które naukowcy udoskonalili jeszcze bardziej. Krótko mówiąc, powstaje poprzez usunięcie ligniny (polimeru znajdującego się w ścianach komórkowych roślin) z drewna i zastąpienie jej przezroczystymi tworzywami sztucznymi.

Zalety stosowania drewna w porównaniu z tworzywem sztucznym są liczne. Drewno jest nie tylko dostępne w dużych ilościach i odnawialne, ale jest także przyjazną dla środowiska alternatywą dla materiałów o wysokim śladzie węglowym.

Zdaniem naukowców pomimo postępu powszechne stosowanie naturalnego drewna jest ograniczone jego nieprzezroczystym wyglądem, niewielką wytrzymałością mechaniczną w porównaniu z metalami takimi jak aluminium i stal oraz podwyższoną przewodnością cieplną w porównaniu z piankami i wełną.

Zastosowanie przezroczystego drewna może być również opłacalne. Oferuje około pięciokrotnie lepszą efektywność cieplną niż szkło, zmniejszając wydatki na energię.

Dla zielonej przyszłości

W niedawnych badaniach naukowcy stworzyli przezroczyste drewno z akrylu pochodzącego z naturalnej lipy i zbadali jego odporność na różne czynniki. Artykuł badawczy „Kompleksowa ocena degradacji drewna przezroczystego” został opublikowany w 2023 roku przez Igora Wachtera i in. z Politechniki w Bratysławie na Słowacji. Przezroczyste drewno wykazywało dużą odporność na grzyby. W testach ogniowych zapaliło się później i wytworzyło mniej szkodliwy tlenek węgla niż zwykłe drewno. Materiał doświadczył również zmian w kolorze i przepuszczalności pod wpływem promieniowania UV, przy czym znaczące zmiany wystąpiły w ciągu pierwszych kilku godzin.

Wyzwania zidentyfikowane przez naukowców obejmują zapewnienie odporności na ogień, mikroorganizmy i warunki atmosferyczne, a także potrzebę zwiększenia skali produkcji i ograniczenia wpływu na środowisko. Aby pokonać te wyzwania, wysiłki skupiają się na badaniu metod poprawy stabilności, optymalizacji procesów produkcyjnych i przyjęciu przyjaznych dla środowiska podejść chemicznych.

Czy przezroczyste drewno jest już gotowe na rynek?

Naukowcy twierdzą, że jeszcze nie. „Zachęty rządowe dla drewna konstrukcyjnego mające na celu wyparcie polimerów na bazie ropy naftowej przyspieszą penetrację rynku”.

Jednak „drewno przezroczyste” nie jest pozbawione problemów. Badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Maryland podkreśliło trzy ważne wyzwania.

Mówi się, że pierwszym wyzwaniem jest stworzenie materiałów o wysokiej wydajności, charakteryzujących się dobrą trwałością i żywotnością produktu. Obecnie większość metod modyfikacji skupia się na poprawie właściwości użytkowych drewna. Przeprowadzono niewiele badań dotyczących trwałości materiałów drewnopochodnych pod wpływem ognia, mikroorganizmów, wody lub warunków atmosferycznych. „Jest to kluczowy czynnik, który należy wziąć pod uwagę ze względu na hydrofilowość i biodegradowalność składników drewna”.

Drugim wyzwaniem jest zwiększenie skali produkcji oraz zmniejszenie kosztów produkcji i instalacji. Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest zastosowanie wysokiej temperatury i ciśnienia w celu ułatwienia dyfuzji substancji chemicznych w mikrokanałach drewna, co skutkuje bardziej jednorodną modyfikacją. Trzecim wyzwaniem, o którym mowa w artykule, jest zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska. Aby osiągnąć ten cel, naukowcy badają zastosowanie ekologicznych rozpuszczalników do usuwania drewna z drewna, takich jak rozpuszczalniki głęboko eutektyczne lub kwas organiczny, które prowadzą do znacznie mniejszego wpływu na środowisko.